专利名称：燃料电池用双极板覆层结构及其制造和使用方法
技术领域：
0001本发明总体涉及的领域包括用于燃料电池的双极板和制造及使
用该双极板的方法。
背景技术：
0002迄今为止，已知的燃料电池用双极板包括至少一个反应气体流动 路径，该路径由在至少一个通道中的多个台区限定在双极板的表面上。为 了减小扩散介质层和双极板之间的接触电阻，迄今为止双极板都用金涂 覆。
发明内容
0003本发明的一个示例性实施例包括一种产品，该产品的双极板包括 多个台区(lands)和至少一个限定反应气体流动路径的通道，低接触电 阻覆层选择性地沉积在台区上的多个第 一位置上，使得台区上的多个第二 位置上没有低接触电阻覆层。在一个示例性实施例中，低接触电阻覆层可 包括金。
0004本发明的其它示例性实施例从下文所提供的具体实施方式
将变 得显而易见。应该理解，具体实施方式
和特定实例在公开了本发明的示例 性实施例时，仅仅用于说明的目的而不是用于限制本发明的范围。
0005从具体实施方式
和附图中将对本发明的示例性实施例有更加充 分的理解，其中
0006图l示出了包括限定在其中的反应气体流场的双极板，用于根据 本发明的一个示例性实施例的方法中。
0007图2示出了掩模，其包括多个限定在其中的开口以用于放置在根
据本发明的 一 个示例性实施例的图1所示的双极板上。0008图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的方法，在该方法中， 掩模放置在双极板上使得掩模中的开口覆在双极板的台区和通道的一些部分的上方。
0009图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的方法，该方法包括 通过图3的掩模中的开口来沉积低接触电阻覆层。
0010图5示出了掩模的可替代示例性实施例，该掩模包括根据双极板 中台区的位置排布的离散开口以用于根据本发明的一个示例性实施例的 方法中。
0011图6示出了根据本发明的一个示例性实施例的方法，其中，具有 离散开口的掩模放置在双极板上使得离散开口对准双极板上的台区。
0012图7示出了根据本发明的一个示例性实施例的方法，该方法包括 通过掩模中的开口将低接触电阻材料沉积到双极板的台区的多个隔开的 位置上。
0013图8示出了掩模的可替代示例性实施例，该掩模包括至少一个通 过其与双极板的通道对准的开口 ，用于通过该掩模中的该开口将亲水覆层
沉积到根据本发明的一个示例性实施例的双极板的通道部分上。0014图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的方法将亲水覆层 沉积到双极板的台区和通道上。
0015图10示出了根据本发明的一个示例性实施例的方法将低接触电 阻覆层沉积到亲水覆层上和沉积到双极板的台区和通道上。
0016图ll示出了根据本发明的一个示例性实施例的方法，该方法包括 将亲水覆层沉积到双极板的台区和通道上，此后再将低接触电阻覆层仅仅 沉积到双极板的台区部分。
0017图12示出了根据本发明的一个示例性实施例的方法将亲水覆层 沉积到双极板的通道部分上以及将低接触电阻覆层沉积到台区部分上而 不沉积到通道部分中。
0018图13示出了根据本发明的一个示例性实施例的燃料电池堆的一 部分，燃料电池堆包括多个双极板，双极板包括沉积在双极板的多个位置 上的低接触电阻覆层，该多个位置包括台区上的多个位置，并留出台区上 的多个位置未被低接触电阻覆层所涂覆。
具体实施例方式
0019下面对实施例的描述实质上仅为示例性的(说明性的)，绝不是 用来限制本发明及其应用或使用。
0020现在参照图l，本发明的一个示例性实施例可包括一种方法，该 方法包括提供用于燃料电池的双极板IO。双极板10可包括限定于其中的反 应气体流场ll。双极板可包括第一面12以及至少部分地由多个台区20限定 在第一面12中的一个或多个反应气体流动通道14、 16、 18。图l中的箭头 表示在一个实施例中反应气体可流过通道14、 16、 18之一的方向。
0021现在参照图2，可提供掩模，其包括多个限定于其中的开口24。 如图2所示，在一个示例性实施例中，开口24可以为狭长槽的形式，其可 横跨在双极板10中限定反应气体流动路径ll的台区20的区域。
0022如图3所示，在一个示例性实施例中，可将掩模22放置在双极板 上使得狭长槽式开口24横跨多个台区20和通道14、 16或18中的至少一个。 如图4所示，可将低接触电阻材料或覆层，例如但不限于，金、钯、铂、 铱、钌或它们的混合物，通过掩模22中的开口24沉积到台区的多个部分上 和通道14、 16或18的一些部分中。利用图4所示的掩模22，将低接触电阻 材料26沉积到台区上的多个位置处和通道上的多个位置处。还剩下台区上 的多个位置和通道上的多个位置未被低接触电阻材料26覆盖。这样一来， 涂覆了低接触电阻材料的双极板的制造成本就可以大幅降低，因为与覆盖 双极板整个表面的现有技术方法相比，在双极板10上沉积了少得多的低接 触电阻材料26。虽然台区20没有完全被低接触电阻材料26所覆盖，但却没 有观察到燃料电池性能的显著改变。此外，在另一个示例性实施例中，可 以将低接触电阻材料或覆层沉积成仅仅覆盖燃料电池的活性区域上方(正 好位于阳极或阴极催化剂下方或上方的区域)，以便进一步减少所需要施 加到双极板10上的低接触电阻材料的量。
0023关于图3-4所示的掩模，尽管开口24看上去排列在与台区20垂直 的方向上，但是本方法可包括在大致不垂直于台区的纵向方向的方向上沉 积若干条低接触电阻材料26并且可以从其歪斜。
0024现在参照图5，在本发明的另一个示例性实施例中，可提供可替 代掩模22，其包括限定于其中并布置成仅对准双极板10的台区20而不对准 通道14、 16或18的离散开口24。
0025现在参照图6，可将图5的掩模放置在双极板10上，使得离散开口 24对准双极板的台区20而不对准通道14、 16或18。
0026现在参照图7，可通过离散开口24将低接触电阻材料26沉积到台 区20上，使得基本上没有低接触电阻材料沉积到通道14、 16或18中。将低接触电阻材料26仅仅沉积到台区的一些部分上，并且台区的另 一些部分未 被涂覆，这大幅减少了双极板上所需的低接触电阻材料的量。0027现在参照图8，在本发明的另一个示例性实施例中，可提供可替 代掩模122，其包括多个形成于其中并构造和布置成对准双极板的通道14、 16、 18的开口114、 116、 118。可将掩模122放置在双极板上，并可通过开 口114、 116、 118来沉积亲水覆层使得亲水覆层基本上仅仅沉积在双极板 的通道14、 16或18中而不沉积在台区20上。仅仅沉积在通道14、 16或18中 的亲水覆层可改善燃料电池堆的水管理，减小水滴阻塞反应气体流经形成 于双极板10中的通道14、 16或18的可能性。
0028现在参照图9，根据本发明的一个示例性实施例，可为亲水材料 的第一覆层40可被沉积在包括台区20、 20，和通道14、 14，在内的表面12、 12，上。通道部分14、 14，可分别由下壁或底板34、 34，和至少笫一侧壁36、 36，以及任选地第二侧壁38、 38，限定。此后，如图10所示，可选择性地将 低接触电阻材料26沉积在台区20、 20，和通道14、 14，的一些部分上，而台 区20、 20，和通道14、 14，的另一些部分未被低接触电阻材料涂覆。
0029现在参照图ll，在本发明的另一个示例性实施例中，可将第一覆 层40、 40，沉积在双极板的台区20、 20，和通道14、 14，上，此后再将4氐接触 电阻材料26、 26，基本上只沉积在台区20、 20，上，而不将任何显著量的低 接触电阻材料26、 26，沉积到通道14、 14，中。
0030现在参照图12，在本发明的另一个示例性实施例中，可将可以是 亲水覆层的第 一覆层40只沉积在通道14、 14，中，而可将低接触电阻材料26、 26，基本上只沉积在台区20、 20，上，使得基本上没有低接触电阻材料26、 26，沉积在通道14、 14，中。在一个示例性实施例中，基本上没有亲水覆层 沉积在台区20、 20，上。
0031现在参照图13,本发明的一个示例性实施例包括产品100如燃料 电池堆，燃料电池堆包括多个双极板IO，具有选择性地沉积在台区20、 20， 的一些部分上的低接触电阻材料26，并且台区20、 20，的另一些部分未被低 接触电阻材料26覆盖。燃料电池堆可包括软物(soft goods )部分44，软物 部分44可包括具有第一面48和第二面50的膜46，阴极电极52可放置在膜46 的第一面48上，阳极电极58可放置在膜46的第二面50上。其上可具有微孔
极板10的台区20、 20，上的低:^触电阻材料26接触阳极侧气体扩散介质层54。类似地，其上可具有微孔层62的阴极側气体扩散介质层60可夹在阴极 催化剂层58和第二双极板10之间，使得台区20上的低接触电阻覆层26接触 阴极侧气体扩散介质层60。双极板10可由第一基板28和第二基板28，制成， 可以将它们焊接在一起以限定冷却剂流动通道32，流动通道32用于使冷却 流体流经双极板10的中心以冷却双极板IO。
0032以上对本发明的实施例的描述实质上仅仅为示例性的，因此，这 些实施例的变型不应该被视为偏离了本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种方法，包括提供燃料电池用双极板，双极板包括由多个台区和至少一个通道限定的反应气体流场；以及将低接触电阻材料选择性地沉积到台区的选定部分上，并且台区的一些部分未被低接触电阻材料覆盖。
2. 权利要求1的方法，其中，进行选择性地沉积使得所述至少一个 通道的选定部分被低接触电阻材料覆盖，并且所述至少一个通道的一 些部分未被低接触电阻材料覆盖。
3. 权利要求l的方法，其中，选择性地沉积包括将包括多个开口 的掩模放置在双极板上以及通过掩模中的开口沉积低接触电阻材料。
4. 权利要求3的方法，其中，掩模中的开口为狭长槽的形式。
5. 权利要求4的方法，其中，狭长槽的走向基本上与台区垂直。
6. 权利要求4的方法，其中，狭长槽的走向为相对于台区的纵向方 向倾斜的方向。
7. 权利要求4的方法，其中，狭长槽横跨多个台区和至少一个通道。
8. 权利要求7的方法，还包括将低接触电阻材料选择性地沉积到 所述至少一个通道的选定部分，并且所述至少一个通道的一些部分未 被低接触电阻材料覆盖。
9. 权利要求3的方法，其中，开口为离散开口，每个离散开口基本 上只与一个台区对准。
10. 权利要求9的方法，其中，进行选择性地沉积使得基本上没有低 接触电阻材料沉积在所述至少 一个通道中。
11. 权利要求l的方法，其中，低接触电阻材料包括金。
12. 权利要求1的方法，还包括将亲水覆层沉积到所述至少一个通道中。
13. 权利要求12的方法，其中，在选择性地沉积低接触电阻材料之 前进行亲水覆层的沉积。
14. 权利要求12的方法，其中，将亲水覆层基本上沉积在双极板的整个面上。
15. 权利要求12的方法，其中，将亲水覆层基本上只沉积在所述至 少一个通道中。
16. 权利要求13的方法，其中，低接触电阻材料沉积在亲水覆层上。
17. 权利要求12的方法，其中，将低接触电阻材料基本上只沉积在 台区上，而将亲水覆层基本上只沉积在所述至少一个通道中。
18. —种产品，包括燃料电池用双极板，其包括由多个台区和至少一个通道限定的反应 气体流场，低接触电阻材料选择性地沉积在台区的一些部分上，而台 区的另 一些部分未被低接触电阻材料覆盖。
19. 权利要求18的产品，还包括选择性地沉积在所述至少一个通道 中的低接触电阻材料，而所述至少一个通道的一些部分未被低接触电 阻材料覆盖。
20. 权利要求18的产品，其中，基本上没有低接触电阻材料沉积在 所述至少一个通道中。
21. 权利要求18的产品，其中，低接触电阻材料包括金。
22. 权利要求18的产品，还包括覆在双极板上并与低接触电阻材料 接触的扩散介质层，以及其中，扩散介质层构造和布置成扩散从限定 在双极板中的反应气体流场流入扩散介质层的燃料电池反应气体。
23. 权利要求21的产品，还包括覆在气体扩散介质层上的催化剂层 以及覆在催化剂层上的质子传导膜。
全文摘要
燃料电池用双极板覆层结构及其制造和使用方法。本发明的一个示例性实施例包括一种方法，该方法包括提供燃料电池用双极板，其具有由多个台区和至少一个通道限定的反应气体流场；以及将低接触电阻材料选择性地沉积到台区的一些部分上，而台区的另一些部分未被低接触电阻材料覆盖。
文档编号H01M4/88GK101582510SQ20091013909
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月16日
发明者G·V·达希奇, 埃尔哈米德 M·H·阿布德, Y·M·米克海尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司